Исследователи из канадского Университета Макгилла изготовили сопло для сверхточной 3D-печати из хоботка комара. С подробностями – научный обозреватель Николай Гринько.
3D-печать представляет собой технологию, которая, судя по всему, в будущем заменит едва ли не все известные нам способы обработки материалов. Рано или поздно инженеры научатся манипулировать отдельными молекулами, а то и атомами, и тогда смогут воплощать в реальность все самые смелые и необычные задумки. Конечно, до этого пока очень далеко. Сегодня такие принтеры работают в основном методом экструзии, когда расплавленный материал подается в рабочую область через тонкое сопло, а затем застывает. Есть и другие методы (фотополимеризация, лазерная наплавка и так далее), но экструзия остается лидирующей технологией. В отдельный вид можно выделить биопринтеры – они работают с живыми клетками, формируя органы или их части (пока очень небольшие).
Группа ученых из Университета Макгилла в Канаде поставила себе задачу разработать сверхтонкие и недорогие сопла для биопринтинга, устойчивые к износу и при этом биоразлагаемые. Существующие сегодня модели изготавливают из металла и пластика, и они не отвечают всем требованиям из этого списка. Было решено подобрать что-нибудь из натуральных материалов. Живые организмы нашей планеты обладают множеством самых разных трубчатых структур: к ним можно отнести внутренние сосуды растений, жала различных насекомых, змеиные клыки, а также хоботки кровососущих насекомых.
Хоботок комара – это всего лишь защитная оболочка для шести игл, спрятанных внутри. Две, расположенные по бокам, отличаются особо острыми зазубренными краями – с их помощью комар "пропиливает" кожный покров. Еще две иглы нужны насекомому для того, чтобы раздвигать и удерживать кожу. Но самые интересные – две оставшиеся. Через одну из них комар впрыскивает под кожу специальное вещество для разжижения крови, чтобы она не свертывалась (из-за этого вещества место укуса потом чешется и отекает). Вторая же игла служит для разведывания кровеносных сосудов и, собственно, питья крови.
Если извлечь из хоботка всю эту сложную "машинерию", можно получить полую трубку, вполне подходящую для сверхточной 3D-печати. Ее внутренний диаметр составляет 20 микрометров, что примерно в два раза тоньше, чем у лучших коммерческих наконечников. Жесткая, почти прямая форма хоботка идеально подходит для стабильной печати, а его стенки достаточно прочны, чтобы выдержать внутреннее давление около 60 килопаскалей – примерно столько же выдерживает пластик. Через "комариное сопло" с успехом можно подавать густые биочернила.
Команда протестировала свое изобретение, создав специальный 3D-принтер, который назвали "некропринтером". Специалисты закрепили хоботок комара в стандартном наконечнике для дозирования и использовали его для нанесения специализированных биочернил. Затем они успешно напечатали биокаркасы, которые используются для поддержки роста клеток, и микроструктуры с шириной линий всего 20 микрометров (примерно в 2 раза тоньше человеческого волоса). Следующим шагом для команды станет поиск других натуральных микронасадок, которые обеспечивают более высокую прочность или более высокое разрешение.
Интересно, что вся история человеческого изобретательства построена на заимствовании у природы. Наши самолеты скопированы с птиц, наши подводные лодки похожи на китов, вертолеты напоминают стрекоз и так далее. В какой-то момент инженеры отложили в сторону принципы биомеханики, но в последнее время все чаще возвращаются к ним. Строят роботов для изучения океанов в виде медуз и актиний. Конструируют коптеры с птичьими лапами для посадки на ветки и провода. А теперь и вовсе направились вспять: словно первобытные охотники, привязывающие акульи клыки к копьям, охотятся на комаров, добывая их хоботки для биопечати. Конечно, это всего лишь художественное преувеличение.
Хотя…